船舶推進(jìn)思考題、習(xí)題cyb整理版.docx

船舶推進(jìn)思考題、習(xí)題1、試說明船舶推進(jìn)器的作用。答：把能源（發(fā)動(dòng)機(jī)）發(fā)出的功率轉(zhuǎn)換為推船前進(jìn)的功率。2、常用螺旋槳推進(jìn)器有哪些。他們各有什么優(yōu)點(diǎn)？答：螺旋槳：構(gòu)造簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、使用方便、效率較高，是目前應(yīng)用最廣的推進(jìn)器。風(fēng)帆：節(jié)省能源明輪：邊輪增大船寬，對(duì)橫穩(wěn)性有利。直葉推進(jìn)器：裝有直葉推進(jìn)器船舶的操縱性能良好，且在船舶倒退時(shí)也無須逆轉(zhuǎn)主機(jī)。效率較高，在洶濤海面下，工作情況也較好。噴水推進(jìn)器：推進(jìn)器的活動(dòng)部分在船體內(nèi)部，具有良好的保護(hù)性，操縱性能良好。水力錐形推進(jìn)器：構(gòu)造簡(jiǎn)單，設(shè)備輕便，效率較一般噴水推進(jìn)器為高。3、用文字或作圖說明下列名詞的意義：槳轂、槳葉、轂帽、葉面、葉背、葉梢、葉根、隨邊、導(dǎo)邊、梢圓、螺旋槳直徑、盤面積、伸張輪廓、展開輪廓、伸張面積、展開面積、盤面比、側(cè)斜、縱斜、右旋、外旋。答：槳轂：螺旋槳與尾軸連接部分稱為槳轂。槳葉：轂帽：為了減小水阻力，在槳轂后端加一整流罩，與槳轂形成一光順流線形體，稱為轂帽。葉面：由船尾后向前看時(shí)所見到的螺旋槳槳葉的一面稱為葉面。葉背：由船尾后向前看時(shí)所見到的螺旋槳槳葉的另一面稱為葉背。葉梢：槳葉的外端稱為葉梢。葉根：槳葉與轂連接處稱為葉根。隨邊：螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉邊緣在后面者稱為隨邊。導(dǎo)邊：螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時(shí)槳葉邊緣在前面者稱為導(dǎo)邊。梢圓：螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(shí)葉梢的圓形軌跡稱為梢圓。螺旋槳直徑：梢圓的直徑稱為螺旋槳直徑。盤面積：梢圓的面積稱為螺旋槳的盤面積。伸張輪廓：將各半徑處共軸圓柱面與槳葉相截的各切面展成平面后，以其弦長(zhǎng)置于相應(yīng)半徑的水平線上，并光順連接端點(diǎn)所得到的輪廓稱為伸張輪廓。展開輪廓：將槳葉葉面近似展放在平面上所得的輪廓稱為展開輪廓。伸張面積：螺旋槳各葉伸張輪廓所包含的面積的總和稱為伸張面積。展開面積：各槳葉展開輪廓所包含面積的綜合稱為展開面積。盤面比：伸張面積與盤面積之比稱為伸張面比，展開面積與盤面積之比稱為展開面比，伸張面比和展開面比均可稱為盤面比或葉面比。側(cè)斜：不對(duì)稱槳葉的葉梢與參考線間的距離稱為側(cè)斜?？v斜：參考線線段在軸線上的投影長(zhǎng)度稱為縱斜。右旋：當(dāng)螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時(shí)，由船后向前看去所見到的旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針者稱為右旋。外旋：裝于船尾兩側(cè)的螺旋槳，在正車旋轉(zhuǎn)時(shí)其下部向船的中線方向轉(zhuǎn)動(dòng)者稱為外旋槳。4、槳葉的幾何特征有哪些？答：槳葉切面，槳葉的外形輪廓：伸張輪廓、展開輪廓，槳葉的面積。5、葉切面的幾何特性有哪些，請(qǐng)說明其含義。答：葉切面：與螺旋槳共軸的圓柱面和槳葉相截所得的截面槳葉切面的形狀：弓形、機(jī)翼形、梭形、月牙形葉切面外弦：葉面外切線葉切面內(nèi)弦：導(dǎo)邊和隨邊的連線葉切面厚度：垂直于所取弦線方向與切面上、下交點(diǎn)的距離葉厚t：切面的最大厚度葉厚比：t/b（b：切面弦長(zhǎng)）拱線（中線）：切面的中線或平均線拱度：拱線到內(nèi)弦線的最大垂直距離6、已知某螺旋槳0.7R處的螺距角為20，求該螺旋槳的螺距比。答：由于：，即7、某試驗(yàn)船螺旋槳D=0.8米，P/D=1.016，在靜水中試航，當(dāng)轉(zhuǎn)速N=1500rpm時(shí)，已知盤面處進(jìn)速=14m/s，而螺旋槳為一股向后移動(dòng)且旋轉(zhuǎn)的水流，在其后方達(dá)到穩(wěn)定最大值，測(cè)得其軸向速度=2.44m/s，旋轉(zhuǎn)角速度。該螺旋槳為等螺距螺旋槳。試求該槳半徑為0.7R（R為梢圓半徑）處水流的合速度及其該切面的攻角。答：半徑為0.7R處水流的合速：水動(dòng)力螺距角螺距角攻角8、試證明下列關(guān)系式：答：見書P18-P209、什么是理想推進(jìn)器，什么是理想螺旋槳？答：理想推進(jìn)器有如下特征：幾何特征：推進(jìn)器的軸向尺度趨于零、僅為一薄盤面、水可以自由通過且可以吸收外來功率并具有推水向后的功能。運(yùn)動(dòng)特征：沿盤面上的流體速度和壓力均勻分布。流體性質(zhì)：流體為不可壓縮理想流體。理想螺旋槳的特征：除了理想推進(jìn)器的特征外，理想螺旋槳具有使水流作周向運(yùn)動(dòng)的功能。10、畫出螺旋槳在半徑為r的葉切面處遠(yuǎn)前方、盤面處和遠(yuǎn)后方的速度三角形并說明三種三角形的意義。答：見書P2211、說明螺旋槳的滑脫、滑脫比、進(jìn)程、進(jìn)速系數(shù)的意義。答：滑脫：螺旋槳螺距與進(jìn)程之差滑脫比：進(jìn)程：螺旋槳旋轉(zhuǎn)一周在軸向所前進(jìn)的距離進(jìn)速系數(shù)：12、用圖說明零推力、零升力和零轉(zhuǎn)矩的來流速度和作用力的關(guān)系。答：見書P27-P2813、證明下列關(guān)系式：，答：見書P21-P2214、螺旋槳敞水試驗(yàn)的目的是什么？答：（1）進(jìn)行系列試驗(yàn)，將所得結(jié)果分析整理后繪制成專門圖譜，供設(shè)計(jì)使用。（2）根據(jù)系列試驗(yàn)的結(jié)果，可以系統(tǒng)的分析螺旋槳各種幾何要素對(duì)性能的影響，以供設(shè)計(jì)時(shí)正確選擇各種參數(shù)之用，并為改善螺旋槳性能指出方向。（3）它是校核和驗(yàn)證理論方法必不可少的手段。（4）為配合自航試驗(yàn)而進(jìn)行同一螺旋槳模型的敞水試驗(yàn)，以分析推進(jìn)效率成分，比較各種設(shè)計(jì)方案的優(yōu)劣，便于選擇最佳的螺旋槳。15、用量綱分析法證明：答：見書P31-P3216、敞水螺旋槳模型試驗(yàn)應(yīng)滿足什么條件才能實(shí)現(xiàn)全相似？技術(shù)上能滿足的是什么相似條件？答：進(jìn)速系數(shù)、雷諾數(shù)和傅氏數(shù)等三個(gè)參數(shù)是槳模與實(shí)槳符合全相似條件必須滿足的條件。技術(shù)上只能滿足進(jìn)速系數(shù)相等（運(yùn)動(dòng)相似）的條件。17、什么是尺度作用？它與雷諾數(shù)有何關(guān)系？答：因雷諾數(shù)不同而對(duì)螺旋槳性能的影響通常稱為尺度作用。與雷諾數(shù)的關(guān)系見書P3418、請(qǐng)說明伴流的定義和成因。答：伴流定義：由于船體在水中航行而帶動(dòng)的一股伴隨船體周圍的水流。伴流的成因：（1）船在水中以一定速度向前航行時(shí)引起首尾處的水流具有向前速度，產(chǎn)生正伴流；而在舷側(cè)處水流具有向后的速度，形成負(fù)伴流。由此形成的伴流稱為形勢(shì)伴流或勢(shì)伴流。（2）由于水的粘性作用沿船體表面形成邊界層，邊界層內(nèi)水質(zhì)點(diǎn)具有向前速度，形成正伴流，通常稱為摩擦伴流。摩擦伴流通常為總伴流的主要部分。（3）由于船體本身的興波作用而形成的伴流稱為興波伴流。19、什么是伴流分?jǐn)?shù)？答：伴流速度u與船速V的比值w。20、在螺旋槳設(shè)計(jì)中是怎樣考慮伴流對(duì)螺旋槳性能的影響的？答：在用等推力法確定實(shí)效伴流的情況下，船體（伴流）對(duì)螺旋槳性能的影響可以歸結(jié)為：（1）確定平均實(shí)效伴流速度u，據(jù)此可以建立螺旋槳進(jìn)速與船速之間的關(guān)系，即，或以伴流分?jǐn)?shù)w來表示，則。（2）伴流不均勻性的影響，即相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率。21、什么是標(biāo)稱伴流和實(shí)效伴流？他們?cè)跍y(cè)定方法上有什么不同？答：標(biāo)稱伴流：用各種流速儀所測(cè)定的螺旋槳盤面處水流速度。實(shí)效伴流：根據(jù)船后螺旋槳試驗(yàn)或自航試驗(yàn)結(jié)果與螺旋槳敞水試驗(yàn)結(jié)果比較分析得出的伴流。這兩種方法的差別在于是否考慮螺旋槳工作的影響。由于螺旋槳在船后工作，以實(shí)效伴流分?jǐn)?shù)來計(jì)算螺旋槳的進(jìn)速比較合理，通常說的伴流分?jǐn)?shù)是指實(shí)效伴流分?jǐn)?shù)。22、說明相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率的定義和意義。答：相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率，其中為螺旋槳敞水中的轉(zhuǎn)矩，為同一轉(zhuǎn)速下船后螺旋槳的轉(zhuǎn)矩。相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率體現(xiàn)了伴流不均勻性對(duì)螺旋槳的影響。23、說明推力減額的成因。答：螺旋槳的抽吸作用導(dǎo)致槳盤前方流速增加進(jìn)而引起船體的摩擦阻力和粘壓阻力增加。由于這樣一種螺旋槳在船后工作時(shí)引起的船體附加阻力稱為最增額，也稱為推力減額。24、船后螺旋槳效率與敞水螺旋槳效率有和不同？答：船后螺旋槳效率等于敞水螺旋槳效率與相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率的乘積。25、船身效率、推進(jìn)效率和推進(jìn)系數(shù)P.C.的定義是什么？答：船身效率；推進(jìn)效率；為船后螺旋槳實(shí)際收到功率，為主機(jī)發(fā)出的功率，推進(jìn)系數(shù)P.C.，26、試說明整個(gè)推進(jìn)系統(tǒng)的能量消耗情況。答：27、某漁船主機(jī)功率Ps=900hp，配3:1齒輪箱。試航時(shí)測(cè)得當(dāng)主機(jī)轉(zhuǎn)速Nm=1512rpm時(shí)的航速V=12kn，在與螺旋槳緊連的尾軸處測(cè)得轉(zhuǎn)矩為1105kgf-m。按船模試驗(yàn)的結(jié)果分析，實(shí)船阻力為R=6240kgf，伴流分?jǐn)?shù)=0.22，推理減額分?jǐn)?shù)t=0.20，相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率=1.01，設(shè)軸系傳動(dòng)效率=0.96，減速裝置效率=0.98。試求：螺旋槳效率、船身效率、推進(jìn)效率、推進(jìn)系數(shù)、主機(jī)功率儲(chǔ)備（%）、螺旋槳推馬力、以及實(shí)際發(fā)出的主機(jī)馬力。答：由于主機(jī)實(shí)際發(fā)出的馬力主機(jī)功率儲(chǔ)備有效馬力推馬力28、某沿海快艇螺旋槳直徑D=1.00m，由模型槳的敞水試驗(yàn)結(jié)果整理的特征曲線的數(shù)據(jù)如下： 0.4 0.6 0.8 1.0 0.460 0.360 0.260 0.159 0.866 0.714 0.55 0.380快艇的伴流分?jǐn)?shù)=0.10，推力減額分?jǐn)?shù)t=0.08，相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率=0.98，該艇試航時(shí)，主機(jī)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速900rpm，航速達(dá)到22.0kn，主機(jī)直接傳動(dòng)效率=0.96，試求：（1）、設(shè)計(jì)工況下螺旋槳的推力、螺旋槳效率和主機(jī)實(shí)際發(fā)出的功率。（2）、該艇出到大海遇到風(fēng)浪，主機(jī)轉(zhuǎn)速下降15%，航速僅達(dá)到13.78kn，求這時(shí)螺旋槳所發(fā)出的推力、螺旋槳效率以及主機(jī)所發(fā)出的功率。答：（1）由模型敞水試驗(yàn)得到的特征曲線插值得到相應(yīng)的推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)為（2）由模型敞水試驗(yàn)得到的特征曲線插值得到相應(yīng)的推力系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)為討論：風(fēng)浪條件下主機(jī)不能充分發(fā)揮其功率29、某船試用一新型螺旋槳，船的設(shè)計(jì)航速為19kn，按艉型確定螺旋槳直徑為3.5m。用1/10縮尺制作槳模，在保持轉(zhuǎn)速n=5r/s的情況下進(jìn)行敞水試驗(yàn)。測(cè)得數(shù)據(jù)如下：槳模進(jìn)速(m/s) 1.05 1.225 1.40槳模推力(kgf) 17.70 14.36 10.96槳模轉(zhuǎn)矩(kgf.cm) 86.00 80.00 74.00另外又從自航試驗(yàn)求得伴流分?jǐn)?shù)=0.194，推力減額分?jǐn)?shù)t=0.18，相對(duì)旋轉(zhuǎn)效率=0.98。試求當(dāng)實(shí)槳轉(zhuǎn)速為180rpm時(shí)所發(fā)出的推力及所需的船后收到馬力。答：根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得到模型槳敞水試驗(yàn)特征曲線 0.6 0.7 0.8 0.451 0.366 0.279 0.063 0.058 0.054 0.68 0.703 0.658由模型槳敞水特征曲線插值得到相應(yīng)的推進(jìn)系數(shù)和轉(zhuǎn)矩系數(shù)為另法：因?yàn)椋和七M(jìn)效率兩種方法結(jié)果相差約18hp，其原因是計(jì)算中和0.514值均為近似值。30、試說明敞水螺旋槳特征曲線的特征。答：（1）當(dāng)J=0時(shí)，由于，故。此時(shí)葉切面攻角最大，達(dá)到最大值。（2）當(dāng)時(shí)，與兩曲線交于橫坐標(biāo)軸上。（3）存在最大值，在其左邊隨J的增加而增加；在其右邊隨J的增加而減小，而且坡度較大。（4）隨J的則增大而減?。矗喝~切面攻角隨J的增大而減?。＃?）與橫坐標(biāo)軸交點(diǎn)表征零推力進(jìn)程與零轉(zhuǎn)矩進(jìn)程。因?yàn)椋阃屏M(jìn)程（實(shí)效螺距），無轉(zhuǎn)矩進(jìn)程（無轉(zhuǎn)矩螺距）。31、證明：（，為船身效率和船后螺旋槳效率；，為有效馬力和船后螺旋槳收到馬力）答：或32、葉切面或螺旋槳表面上一點(diǎn)的減壓系數(shù)、空泡系數(shù)的定義是什么？他們分別與什么因素有關(guān)？答：減壓系數(shù)空泡數(shù)減壓系數(shù)只與有關(guān)。即只與葉切面的參數(shù)有關(guān)（形狀，入射角，及B點(diǎn)的位置等），與流場(chǎng)的參數(shù)無關(guān)。改變只能從改變槳葉的性質(zhì)入手（切面的形狀，螺距比等），減壓系數(shù)越高，越容易產(chǎn)生空泡?？张菹禂?shù)只與來流速度，水的汽化壓力以及靜壓力有關(guān)，而與槳葉的幾何特征無關(guān)?？张輸?shù)越低，越容易產(chǎn)生空泡。33、說明空泡的成因與空泡發(fā)生的條件。第一階段空泡和第二階段空泡的特點(diǎn)是什么？答：螺旋槳在水中工作時(shí)，槳葉的葉背壓力降低形成吸力面，若某處壓力降至水的汽化壓力一下時(shí)，導(dǎo)致爆發(fā)式的汽化，水氣通過界面，進(jìn)入氣核并使之膨脹，形成氣泡（空泡）?？张莅l(fā)生的條件是（減壓系數(shù)空泡數(shù)，即）空泡的第一階段（空泡占葉切面寬度4050%）：這時(shí)槳葉吸力面（葉背）損失的吸力部分=吸力增加部分特征：空泡區(qū)域是局部的，對(duì)葉切面的水動(dòng)力性能不發(fā)生明顯影響，但可能在葉表面產(chǎn)生剝蝕（L、D不變）空泡的第二階段（空泡占葉切面寬度6070%以上）：空泡區(qū)域擴(kuò)大到占整個(gè)葉背面積6070%時(shí)，流動(dòng)情況發(fā)生了根本的改變，葉背大部分或全部與空泡接觸，吸力面壓力不再降低，各處的壓力都等于汽化壓力，吸力面的升力不再隨速度的增高而加大其升力和阻力都較無空泡時(shí)為低，但阻升比增加，葉切面水動(dòng)力性能惡化。特征：對(duì)葉表面無剝蝕作用，但影響葉切面的水動(dòng)力性能。34、說明渦空泡、泡狀空泡、片狀空泡和云霧空泡的概念。答：渦空泡：出現(xiàn)在葉根與葉梢上。梢渦由葉梢處繞流產(chǎn)生；轂渦水流在槳轂處阻塞干擾產(chǎn)生。渦空泡的危害：槳船體渦（PHV）產(chǎn)生船體尾部表面上空泡剝蝕區(qū)、噪聲。泡狀空泡：在切面攻角較小時(shí)在葉背最大厚度處所產(chǎn)生的空泡，這種空泡對(duì)螺旋槳性能影響不大，但對(duì)槳葉材料有剝蝕作用。片狀空泡：攻角較大時(shí)產(chǎn)生在導(dǎo)邊附近，呈膜片狀。（1）葉切面全部為空泡所覆蓋，形成超空泡流動(dòng)（全空泡）。這時(shí)會(huì)影響螺旋槳性能（空泡的第二階段）。（2）空泡在隨邊之前結(jié)束，形成局部空泡。這時(shí)對(duì)螺旋槳產(chǎn)生剝蝕（空泡的第二階段）。云霧狀空泡：由槳盤面處伴流不均勻?qū)е鹿ソ亲兓M(jìn)而導(dǎo)致減壓系數(shù)變化。攻角大時(shí)產(chǎn)生空泡，攻角小時(shí)，空泡移到隨邊而破裂，對(duì)槳葉產(chǎn)生剝蝕，空泡消失后在水流后形成云霧狀。（由伴流不均勻引起）35、避免空泡發(fā)生的主要技術(shù)措施有哪些？答：因?yàn)楫a(chǎn)生空泡的條件：，要避免空泡的產(chǎn)生，就要降低減壓系數(shù)，提高空泡數(shù)。（1）降低減壓系數(shù)的措施：1）增加螺旋槳的盤面比2）采用弓型切面或壓力較均勻的其他切面形式3）減少葉根附近切面的螺距（2）提高螺旋槳空泡數(shù)的措施：1）增加螺旋槳的浸沒深度2）減少螺旋槳轉(zhuǎn)速（因?yàn)?，而，?6、空泡試驗(yàn)需要滿足什么相似條件？為什么要利用空泡筒進(jìn)行空泡試驗(yàn)？答：（1）槳模與實(shí)槳：1）必須滿足敞水試驗(yàn)條件（進(jìn)速系數(shù)J相等）；2）減壓系數(shù)和空泡數(shù)相等。但是由于進(jìn)速系數(shù)J相等時(shí)，槳模與實(shí)槳減壓系數(shù)相等條件自然滿足。所以實(shí)槳與槳模滿足空泡相似的條件為：。（2）要實(shí)現(xiàn)空泡數(shù)相等，就必須，或。因?yàn)閷?shí)際上，要使。必須降低?？梢越档突蛟黾樱ㄍㄟ^增加水溫達(dá)到，較麻煩），實(shí)際做法是通過降低實(shí)現(xiàn)，這就是使用空泡試驗(yàn)筒來進(jìn)行空泡試驗(yàn)的原因。37、某客貨輪的螺旋槳具有下列要素：螺旋槳直徑D=4.83m，P/D=1.065,，槳軸入水深度=2.9m，投射面積=9.9，收到馬力=4800hp，=0.98，船速V=16.67kn，N=110rpm，伴流分?jǐn)?shù)=0.226，船吃水T=6.6m，槳葉為機(jī)翼型剖面。試檢驗(yàn)該螺旋槳是否發(fā)生空泡。（按柏利爾限界校核）答：0.7R處葉切面的空泡數(shù)單位投射面積上的平均推力系數(shù)從P7